JP3743855B2

JP3743855B2 - Pixel array driving method and image sensor thereof

Info

Publication number: JP3743855B2
Application number: JP29236899A
Authority: JP
Inventors: 五鳳権
Original assignee: Hynix Semiconductor Inc
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1998-10-14
Filing date: 1999-10-14
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2019-10-14
Also published as: GB2345219A; KR20000025824A; GB2345219B; TW444496B; GB9924377D0; US6346696B1; NL1013278A1; KR100284306B1; JP2000125207A; NL1013278C2

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明はイメージセンサに関し、特に電力消耗を低減させながら画質を改善させることができるイメージセンサを駆動させるための方法及びそのイメージセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、イメージセンサとは光に反応する半導体の性質を用いてイメージを捕獲(capture)する装置である。このようなイメージセンサは本願発明と同一出願人によって出願され係留中の「CMOSセンサ及びその駆動方法」という発明の名称で特願平１１−１２９１５４号に掲載されている。
【０００３】
前記イメージセンサに含まれる制御及びシステムインターフェースユニットは集積時間、スキャンアドレス(scan addresses)、動作モード、フレームレート(frame rate)、バンク(bank)及びクロック分割(clock division）を制御することによってイメージセンサを制御し、外部システムとのインターフェース役割を遂行する。Ｍ×Ｎ個の単位画素を含む画素アレイは被写体からのイメージを感知する。
【０００４】
一般的に、イメージセンサは相互関連された二重サンプリング方式(correlated double sampling method、以下ＣＤＳとする）を利用することによって高画質を獲得する。ＣＤＳを具現するために、各単位画素は例えば、フォトダイオード及び4個のトランジスタを含む。また、単位画素で4個のトランジスタはトランスファートランジスタ(transfer transistor)、リセットトランジスタ(reset transistor)、ドライブトランジスタ(drive transisotr)及びセレクトトランジスタ(select transistor)を含む。ＣＤＳによって単位画素は制御及びシステムインターフェースユニットの制御下でトランスファートランジスタがターンオフ(turn-off)状態を、リセットトランジスタがターンオン(turn-on)状態を維持する間セレクトトランジスタをターンオン(turn-on)させることによってリセット電圧レベルを獲得する。また、単位画素はリセットトランジスタがターンオフ状態を維持する間、トランスファートランジスタをターンオフさせて制御及びシステムインターフェースユニットの制御下でフォトダイオードで生成された光電荷を読み出すことによってデータ電圧レベルを獲得する。結論的に、単位画素での予期できない電圧が效果的に除去できて、純粋なイメージ電圧値は単位画素出力信号としてリセット電圧レベル及びデータ電圧レベルを利用することによって獲得できる。
【０００５】
図3を参照すれば、ＣＤＳのための制御方式を表すタイミング図が図示されている。リセットトランジスタ及びセレクトトランジスタが各々ターンオン状態及びターンオフ状態を維持する間にターンオンされたトランスファートランジスタがトランスファー制御信号(Tx1)に応答してターンオフされ所定時間の間ターンオフ状態を維持する。図に示すように、リセットトランジスタ及びトランスファートランジスタが各々ターンオン状態及びターンオフ状態を維持する間にセレクトトランジスタがセレクト制御信号(Sx1)に応答してターンオンされることによってリセット電圧レベルが単位画素出力信号としてドライブトランジスタ及びセレクトトランジスタを介して出力される。
【０００６】
ただし、このような場合にリセットトランジスタ及びセレクトトランジスタがドライブトランジスタ及びセレクトトランジスタを介してリセット電圧レベルを出力するために同時にターンオンされなければならない。この時、電源及び接地間の電流経路(current path)が形成されるため不要な漏洩電流が流れることがあり得る。
【０００７】
また、図4に示すように、電源ライン３１０は画素アレイ３００周辺に配置される。図4の区間Bで引き起こされた漏洩電流は電源ライン３１０に隣接する単位画素に対する影響は小さいが、画素アレイの中央部に配置された単位画素の場合に、漏洩電流により電力消耗が発生するため低下された電圧レベルが単位画素３２０に供給されることがあり得る。したがって、従来イメージセンサでは出力されるイメージ値レベルが低くなって画質が低下される問題点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記問題点を解決するために案出されたもので、不要な漏洩電流を減らし安定した電力供給を通じてイメージセンサの画質を改善するための単位画素駆動方法を提供することにその目的がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の画素アレイ駆動方法は、イメージセンサであって、物体から光を受信して光電荷を生成するための光感知手段、入力信号を増幅して出力するための増幅手段、前記入力信号として前記光感知手段からの前記光電荷を前記増幅手段に伝達するための第1スイッチング手段、電源からリセット電圧レベルを前記光感知手段に伝達するための第2スイッチング手段と、単位画素出力信号として前記増幅された信号及び前記リセット電圧レベルを出力するための第3スイッチング手段でなされた多数の単位画素を含む画素アレイを駆動させるための方法において、前記第1、第2及び第3スイッチング手段を制御して前記リセット電圧レベルを前記光感知手段に提供して前記光感知手段の空乏領域を完全空乏させる第1ステップと、前記第1ステップが完了した後第1所定時間以後、前記第1及び第3スイッチング手段がターンオフ(turn-off)状態を維持する間前記第2スイッチング手段をターンオフさせる第2ステップと、前記第2ステップが完了した後第2所定時間内に、前記第1及び第2スイッチング手段が前記ターンオフ状態を維持する間に前記第3スイッチング手段をターンオン(turn-on)させ単位画素出力信号として前記リセット電圧レベルを出力する第3ステップを含んでなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のイメージセンサーは、イメージを電気的な信号に変換するためのイメージセンサにおいて、物体から光を受信して光電荷を生成するための光感知手段、入力信号を増幅して前記増幅された信号及びリセット電圧レベルを出力するための増幅手段、第1制御信号に応答して前記入力信号として前記光感知手段からの前記光電荷を前記増幅手段に伝達するための第1スイッチング手段、第2制御信号に応答して電源からのリセット電圧レベルを前記光感知手段及び前記増幅手段に伝達するための第2スイッチング手段、第3制御信号に応答して単位画素出力信号として前記増幅された信号及び前記リセット電圧レベルを出力するための第3スイッチング手段で構成された多数の単位画素を含んで、光電荷に相応する増幅された信号及び前記単位画素出力信号としてリセット電圧レベルを出力する画素アレイと、前記第1スイッチング手段がターンオフ状態にある間に前記第2スイッチング手段が前記第2制御信号に応答してターンオフされ、前記第3スイッチング手段が前記第2スイッチング手段のターンオフ状態以後所定時間内に前記第3制御信号に応答してターンオンされて単位画素出力信号として前記増幅手段及び前記第3スイッチング手段を通じて前記リセット電圧レベルを出力する第1単位画素出力制御モードを含む制御モードによって前記第1、第2及び第3制御信号を生成して前記画素アレイを制御するための制御手段とを含むことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態を詳細に説明する。図1及び図２に示すイメージセンサは、制御及びシステムインターフェースユニット１０、多数の光感知素子で構成された画素アレイ２０、単一傾斜アナログ/デジタル変換器３０で構成される。また、前記単一傾斜アナログ/デジタル変換器３０は基準電圧を発生するランプ電圧発生器３１、前記ランプ電圧信号と前記画素アレイからのアナログ信号を比較するための比較器３２及び二重バッファー４０からなる。
【００１２】
前記制御及びシステムインターフェースユニット１０は集積時間、スキャンアドレス(scan address)、動作モード、フレームレート(frame rate)、バンク(bank)及びクロック分割(clock division）を制御して前記イメージセンサを制御し、また外部システムとのインターフェース機能を有する。前記画素アレイ２０は横Ｍ個、縦Ｎ個で配列(Ｍ×Ｎ)された単位画素で構成されて、各単位画素は光感知素子を含んでいて物体からイメージを感知する。前記単一傾斜アナログ/デジタル変換器３０は前記画素アレイ２０からの単位画素出力信号を含むアナログ信号をデジタル信号に変換する。このようなアナログ/デジタル変換は制御信号に応答して前記ランプ電圧信号と前記アナログ信号を比較することによって遂行される。前記アナログ信号に該当する変換されたデジタル値を前記二重バッファー４０に貯蔵する。
【００１３】
図２は画素アレイを構成する単位画素を表す図である。図２に示すように、画素アレイ(図1の２０）は行列形態で配列された多数の単位画素で構成されている。各単位画素１００、１００ｎは光感知素子でフォトダイオード１０１，１０２と4個のトランジスタで構成されている。また、4個のトランジスタは第1スイッチング素子でトランスファートランジスタＭＴ１、第2スイッチング素子でリセットトランジスタＭＲ１、増幅素子でドライブトランジスタＭＤ１及び第3スイッチング素子でセレクトトランジスタＭＳ１を含んでなる。前記フォトダイオード１０１は物体から光を受けて光電荷を生成し、前記トランスファートランジスタＭＴ１は前記フォトダイオード１０１で生成された光電荷をセンシングノードＮ１を通じて入力信号として前記ドライブトランジスタＭＤ１に伝達する。前記リセットトランジスタＭＲ１は電源電圧ＶＤＤから前記フォトダイオード１０１及び前記ドライブトランジスタＭＤ１にリセット電圧レベルを伝達する。前記ドライブトランジスタＭＤ１はソースフォロワ(source follower)の役割をし前記フォトダイオード１０１及び前記リセットトランジスタＭＲ１からの入力信号を増幅する。前記セレクトトランジスタＭＳ１は単位画素出力信号で前記増幅された信号または前記リセット電圧レベルを出力する。本発明に係る一実施の形態では前記4個のトランジスタはＮＭＯＳトランジスタで具現可能である。
【００１４】
本発明に係るイメージセンサは相互関連された二重サンプリング方式(correlated double sampling、ＣＤＳ）を支援し、高画質のイメージを得ることができる。
【００１５】
図5は本発明に係る、図２に示した単位画素を構成するトランジスタを制御するための制御信号のタイミング図を表す。図２及び図５を参照しながら前記単位画素の動作を説明する。
【００１６】
単位画素出力信号を得るために、前記単位画素の動作によってリセット制御モード１’、第1単位画素出力モード２’及び第2単位画素出力モード３’で構成された３つの制御モードで構成される。
【００１７】
前記フォトダイオード１０１内に完全空乏領域(fully depleted region）を生成するために前記トランスファートランジスタＭＴ１、前記リセットトランジスタＭＲ１及び前記セレクトトランジスタＭＳ１を制御する前記リセット制御モード１’は次の通りである。
【００１８】
イ）Ａ’区間は、前記トランスファートランジスタＭＴ１及び前記セレクトトランジスタＭＳ１がターンオフ状態を維持する間に、リセット制御信号Ｒｘ１に応答して前記リセットトランジスタＭＲ１をターンオンさせる。
ロ）Ａ２’区間は、前記リセットトランジスタＭＲ１がターンオン状態を、前記セレクトトランジスタＭＳ１がターンオフ状態を維持する間に、トランスファー制御信号Ｔｘ１に応答して前記トランスファートランジスタＭＴ１を所定時間の間ターンオンさせる。したがって、前記電源電圧が前記トランスファートランジスタＭＴ１を通じて前記フォトダイオード１０１に伝達され、前記フォトダイオード１０１内に完全空乏領域を作る。これは前記フォトダイオード１０１のリセット(reset）を意味する。
【００１９】
それに対し、前記トランスファートランジスタＭＴ１がターンオフ状態を維持する時、前記フォトダイオード１０１が物体から光を受けてその光に該当する光電荷を発生させ、さらに単位画素出力信号としてリセット電圧レベルを出力させる前記第1単位画素出力モード２’は次の通りである。
【００２０】
イ）Ｂ１’区間は、前記リセットトランジスタＭＲ１がターンオン状態を、前記セレクトトランジスタＭＳ１がターンオフ状態を維持する間、前記トランスファー制御信号Ｔｘ１に応答して前記トランスファートランジスタＭＴ１をターンオフさせて所定時間の間ターンオフ状態を維持させる。
【００２１】
ロ）Ｂ２’区間は、前記トランスファートランジスタＭＴ１及び前記セレクトトランジスタＭＳ１がターンオフ状態を維持する間、前記リセット制御信号Ｒｘ１に応答して前記リセットトランジスタＭＲ１をターンオフさせ、前記単位画素１００の出力端で前記リセット電圧レベルを安定化(settling)させる。
【００２２】
ハ）Ｂ３’区間は、前記トランスファートランジスタＭＴ１及び前記リセットトランジスタＭＲ１がターンオフ状態を維持する間、前記セレクト制御信号Ｓｘ１に応答して前記リセットトランジスタＭＲ１がターンオフされた後所定時間内に前記セレクトトランジスタＭＳ１をターンオンさせて、前記リセット電圧レベルを単位画素出力信号で出力して、同時に前記アナログ/デジタル変換器(図１の３０)により前記リセット電圧レベルをサンプリングする(Ｂ４’区間)。この時、前記Ｂ１’区間から前記Ｂ３’区間の間前記フォトダイオード１０１で光電荷が発生する。この実施の形態では前記セレクトトランジスタＭＳ１は前記リセットトランジスタＭＲ１がターンオフされた後所定時間以後にターンオンさせ電力消耗を減らすことができる。さらに、前記所定時間は前記フォトダイオード１０１と接地間、センシングノードＮ１と接地間のキャパシタンスによって決定される。
【００２３】
また、前記フォトダイオード１０１で生成された光電荷に該当するデータ電圧レベルを出力してサンプリングする前記第2単位画素出力モード３’は次の通りである。
【００２４】
イ）Ｃ１’区間は、前記リセットトランジスタＭＲ１がターンオフ状態を、前記セレクトトランジスタＭＳ１がターンオン状態を維持する間、前記トランスファー制御信号Ｔｘ１に応答して所定時間の間前記トランスファートランジスタＭＴ１をターンオンさせて、前記データ電圧レベルを前記ドライブトランジスタＭＤ１及び前記セレクトトランジスタＭＳ１を通じて単位画素出力信号で出力する。
【００２５】
ロ）Ｃ２’区間は、前記リセットトランジスタＭＲ１がターンオフ状態を、前記セレクトトランジスタＭＳ１がターンオン状態を維持する間、前記トランスファートランジスタＭＴ１を所定時間の間ターンオフさせて、前記単位画素１０１の出力端でデータ電圧レベルを安定化(settling)させる。
【００２６】
ハ）Ｃ３’区間は、前記単位画素出力信号、すなわちデータ電圧レベルを前記単一傾斜アナログ/デジタル変換器(図1の３０)によりサンプリングする。
【００２７】
ニ）Ｃ４’区間は、前記リセットトランジスタＭＲ１及び前記トランスファートランジスタＭＴ１がターンオフ状態を維持する間、前記セレクト制御信号Ｓｘ１に応答して前記セレクトトランジスタＭＳ１をターンオフさせる。
【００２８】
その次に、次のイメージ処理のために、前記モード１’からモード３’を繰り返す。
【００２９】
前記説明で分かるように、本発明によって、前記リセットトランジスタＭＲ１がターンオフされた時から(Ｂ３’区間)所定時間内に前記セレクトトランジスタＭＳ１をターンオンさせて(Ｂ２’区間)、前記リセットトランジスタＭＲ１と前記セレクトトランジスタＭＳ１が同時にターンオンされることを防止しながら前記リセット電圧レベルを伝達できる。したがって、電源電圧端と接地電源端間の電流経路を遮断して不要な電流浪費を防止できる。
【００３０】
本発明の技術思想は前述の実施の形態によって具体的に記述したが、前記した一実施の形態はその説明のためのものであり、その制限のためのものではないことを注意するべきである。また、本発明の技術分野の通常の専門家であるならば本発明の技術思想の範囲内で多様な実施例が可能であることを理解することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、リセットトランジスタをターンオンさせてリセット電圧レベルをセンシングノードに伝達した後リセットトランジスタをターンオフさせ、所定時間後にセレクトトランジスタをターンオンさせリセット電圧レベルをサンプリングすることによって、ドライバートランジスタ及びセレクトトランジスタを通した電源電圧端及び接地電源端間の電流経路を遮断して不要な電流消耗を減らし、それによる電力損失を減らすことができるすぐれた効果を奏する。
【００３２】
また、本発明は単位画素での電力損失が減少することによって、画素アレイの中央部に位置する単位画素に安定した電力供給が可能であるのでイメージセンサの全体画質を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるイメージセンサに対する一実施の形態のブロック図である。
【図２】本発明が適用されるイメージセンサの単位画素を示すブロック図である。
【図３】図2の単位画素を制御するための従来の制御信号タイミング図である。
【図４】イメージセンサの画素アレイと電源電圧供給ライン配置図の一実施例を示した模式図である。
【図５】図2の単位画素を制御するための本発明に係る制御信号タイミング図である。
【符号の説明】
101、102 フォトダイオード
MT1、MTn トランスファートランジスタ
MR1、MRn リセットトランジスタ
MD1、MDn ドライブトランジスタ
MS1、MSn セレクトトランジスタ[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to a method for driving an image sensor capable of improving image quality while reducing power consumption, and the image sensor.
[0002]
[Prior art]
In general, an image sensor is a device that captures an image using the property of a semiconductor that reacts to light. Such an image sensor is disclosed in Japanese Patent Application No. 11-129154 under the name of the “CMOS sensor and its driving method” filed and filed by the same applicant as the present invention.
[0003]
The control and system interface unit included in the image sensor controls the integration time, scan addresses, operation mode, frame rate, bank and clock division to control the image sensor. To perform the interface role with external systems. A pixel array including M × N unit pixels senses an image from a subject.
[0004]
Generally, an image sensor obtains high image quality by using a correlated double sampling method (CDS). In order to implement the CDS, each unit pixel includes, for example, a photodiode and four transistors. Also, the four transistors in the unit pixel include a transfer transistor, a reset transistor, a drive transistor, and a select transistor. The unit pixel is controlled by CDS and the select transistor is turned on while the transfer transistor is turned off and the reset transistor is turned on under the control of the system interface unit. To obtain a reset voltage level. Also, the unit pixel acquires the data voltage level by turning off the transfer transistor and reading out the photocharge generated by the photodiode under the control and control of the system interface unit while the reset transistor remains turned off. In conclusion, the unexpected voltage at the unit pixel can be effectively removed, and a pure image voltage value can be obtained by using the reset voltage level and the data voltage level as the unit pixel output signal.
[0005]
Referring to FIG. 3, a timing diagram representing a control scheme for CDS is shown. The transfer transistor that is turned on while the reset transistor and the select transistor maintain the turn-on state and the turn-off state, respectively, is turned off in response to the transfer control signal Tx1, and the turn-off state is maintained for a predetermined time. As shown in the figure, the reset transistor is turned on in response to the select control signal (Sx1) while the reset transistor and the transfer transistor maintain the turn-on state and the turn-off state, respectively. It is output via a drive transistor and a select transistor.
[0006]
However, in such a case, the reset transistor and the select transistor must be simultaneously turned on in order to output the reset voltage level through the drive transistor and the select transistor. At this time, since a current path between the power source and the ground is formed, unnecessary leakage current may flow.
[0007]
As shown in FIG. 4, the power supply line 310 is arranged around the pixel array 300. The leakage current caused in the section B of FIG. 4 has little influence on the unit pixel adjacent to the power supply line 310, but in the case of the unit pixel arranged at the center of the pixel array, power consumption occurs due to the leakage current. A lowered voltage level may be supplied to the unit pixel 320. Therefore, the conventional image sensor has a problem that the output image value level is lowered and the image quality is lowered.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and its object is to provide a unit pixel driving method for reducing the unnecessary leakage current and improving the image quality of the image sensor through stable power supply. is there.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a pixel array driving method according to the present invention is an image sensor for receiving light from an object and generating photoelectric charge, for amplifying and outputting an input signal. Amplifying means; first switching means for transmitting the photocharge from the light sensing means as the input signal to the amplifying means; second switching means for transmitting a reset voltage level from a power source to the light sensing means; In the method for driving a pixel array including a plurality of unit pixels made by a third switching means for outputting the amplified signal and the reset voltage level as a unit pixel output signal, the first and second And a third switching means for providing the reset voltage level to the light sensing means to completely deplete a depletion region of the light sensing means. A second step of turning off the second switching means while the first and third switching means maintain a turn-off state after a first predetermined time after the first step is completed; Within a second predetermined time after the completion of the second step, the third switching means is turned on while the first and second switching means maintain the turn-off state, and used as a unit pixel output signal. A third step of outputting the reset voltage level is included.
[0010]
According to another aspect of the present invention, there is provided an image sensor for converting an image into an electrical signal, a light sensing means for generating light charges by receiving light from an object, and amplifying an input signal by amplifying the input signal. Amplifying means for outputting the signal and the reset voltage level, first switching means for transmitting the photocharge from the light sensing means to the amplifying means as the input signal in response to a first control signal; A second switching means for transmitting a reset voltage level from a power source to the light sensing means and the amplifying means in response to a second control signal; the amplified as a unit pixel output signal in response to a third control signal; A plurality of unit pixels composed of a signal and a third switching means for outputting the reset voltage level, the amplified signal corresponding to the photo charge and the A pixel array that outputs a reset voltage level as a potential pixel output signal, and the second switching means is turned off in response to the second control signal while the first switching means is turned off, and the third switching means Is turned on in response to the third control signal within a predetermined time after the second switching means is turned off, and outputs the reset voltage level through the amplifying means and the third switching means as a unit pixel output signal. Control means for controlling the pixel array by generating the first, second and third control signals according to a control mode including a unit pixel output control mode.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The image sensor shown in FIGS. 1 and 2 includes a control and system interface unit 10, a pixel array 20 composed of a large number of light sensing elements, and a single tilt analog / digital converter 30. The single slope analog / digital converter 30 includes a ramp voltage generator 31 for generating a reference voltage, a comparator 32 for comparing the ramp voltage signal with an analog signal from the pixel array, and a double buffer 40. Become.
[0012]
The control and system interface unit 10 controls the image sensor by controlling an integration time, a scan address, an operation mode, a frame rate, a bank, and a clock division. It also has an interface function with external systems. The pixel array 20 is composed of unit pixels arranged in M horizontal and N vertical (M × N), and each unit pixel includes a light sensing element and senses an image from an object. The single gradient analog / digital converter 30 converts an analog signal including a unit pixel output signal from the pixel array 20 into a digital signal. Such analog / digital conversion is performed by comparing the ramp voltage signal and the analog signal in response to a control signal. The converted digital value corresponding to the analog signal is stored in the double buffer 40.
[0013]
FIG. 2 is a diagram showing unit pixels constituting the pixel array. As shown in FIG. 2, the pixel array (20 in FIG. 1) is composed of a number of unit pixels arranged in a matrix form. Each of the unit pixels 100 and 100n is a light sensing element, and includes photodiodes 101 and 102 and four transistors. The four transistors include a transfer transistor MT1 as a first switching element, a reset transistor MR1 as a second switching element, a drive transistor MD1 as an amplifying element, and a select transistor MS1 as a third switching element. The photodiode 101 receives light from an object to generate photocharge, and the transfer transistor MT1 transmits the photocharge generated by the photodiode 101 to the drive transistor MD1 as an input signal through a sensing node N1. The reset transistor MR1 transmits a reset voltage level from the power supply voltage VDD to the photodiode 101 and the drive transistor MD1. The drive transistor MD1 functions as a source follower and amplifies input signals from the photodiode 101 and the reset transistor MR1. The select transistor MS1 outputs the amplified signal or the reset voltage level as a unit pixel output signal. In one embodiment according to the present invention, the four transistors may be implemented as NMOS transistors.
[0014]
The image sensor according to the present invention supports a correlated double sampling (CDS) and can obtain a high-quality image.
[0015]
FIG. 5 is a timing chart of control signals for controlling the transistors constituting the unit pixel shown in FIG. 2 according to the present invention. The operation of the unit pixel will be described with reference to FIGS.
[0016]
In order to obtain a unit pixel output signal, the unit pixel operation is configured by three control modes including a reset control mode 1 ′, a first unit pixel output mode 2 ′, and a second unit pixel output mode 3 ′. .
[0017]
The reset control mode 1 ′ for controlling the transfer transistor MT1, the reset transistor MR1, and the select transistor MS1 to generate a fully depleted region in the photodiode 101 is as follows.
[0018]
A) In the period A ′, the reset transistor MR1 is turned on in response to the reset control signal Rx1 while the transfer transistor MT1 and the select transistor MS1 are kept turned off.
B) In the period A2 ′, the transfer transistor MT1 is turned on for a predetermined time in response to the transfer control signal Tx1 while the reset transistor MR1 is turned on and the select transistor MS1 is kept turned off. Therefore, the power supply voltage is transmitted to the photodiode 101 through the transfer transistor MT1 to create a fully depleted region in the photodiode 101. This means that the photodiode 101 is reset.
[0019]
On the other hand, when the transfer transistor MT1 maintains a turn-off state, the photodiode 101 receives light from an object, generates a photocharge corresponding to the light, and outputs a reset voltage level as a unit pixel output signal. The first unit pixel output mode 2 ′ is as follows.
[0020]
A) In the B1 ′ section, the transfer transistor MT1 is turned off in response to the transfer control signal Tx1 while the reset transistor MR1 is turned on, and the select transistor MS1 is turned off, and is turned off for a predetermined time. Maintain state.
[0021]
B) In the section B2 ′, the reset transistor MR1 is turned off in response to the reset control signal Rx1 while the transfer transistor MT1 and the select transistor MS1 are kept turned off. Stabilize the reset voltage level.
[0022]
C) In the section B3 ′, the select transistor MS1 is within a predetermined time after the reset transistor MR1 is turned off in response to the select control signal Sx1 while the transfer transistor MT1 and the reset transistor MR1 are kept turned off. The reset voltage level is output as a unit pixel output signal, and at the same time the reset voltage level is sampled by the analog / digital converter (30 in FIG. 1) (B4 ′ interval). At this time, photoelectric charges are generated in the photodiode 101 during the period B1 ′ to the period B3 ′. In this embodiment, the select transistor MS1 can be turned on after a predetermined time after the reset transistor MR1 is turned off to reduce power consumption. Further, the predetermined time is determined by the capacitance between the photodiode 101 and the ground and between the sensing node N1 and the ground.
[0023]
The second unit pixel output mode 3 ′ for outputting and sampling the data voltage level corresponding to the photocharge generated by the photodiode 101 is as follows.
[0024]
A) In the section C1 ′, the reset transistor MR1 is turned off, and the transfer transistor MT1 is turned on for a predetermined time in response to the transfer control signal Tx1 while the select transistor MS1 is kept turned on. The data voltage level is output as a unit pixel output signal through the drive transistor MD1 and the select transistor MS1.
[0025]
B) In the interval C2 ′, while the reset transistor MR1 is turned off and the select transistor MS1 is kept turned on, the transfer transistor MT1 is turned off for a predetermined time, and data is output at the output terminal of the unit pixel 101. Stabilize the voltage level (settling).
[0026]
C) In the section C3 ′, the unit pixel output signal, that is, the data voltage level is sampled by the single gradient analog / digital converter (30 in FIG. 1).
[0027]
D) In the section C4 ′, the select transistor MS1 is turned off in response to the select control signal Sx1 while the reset transistor MR1 and the transfer transistor MT1 are kept turned off.
[0028]
Next, the mode 1 ′ to the mode 3 ′ are repeated for the next image processing.
[0029]
As can be seen from the above description, according to the present invention, the select transistor MS1 is turned on within a predetermined time (B2 ′ period) after the reset transistor MR1 is turned off (B3 ′ period), and the reset transistor MR1 and the reset transistor MR1 are turned on. The reset voltage level can be transmitted while preventing the select transistors MS1 from being turned on at the same time. Therefore, the current path between the power supply voltage terminal and the ground power supply terminal can be cut off to prevent unnecessary current waste.
[0030]
Although the technical idea of the present invention has been specifically described by the above-described embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for explanation and not for limitation. . In addition, it is understood that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention if the person is an ordinary expert in the technical field of the present invention.
[0031]
【The invention's effect】
According to the present invention, the reset transistor is turned on to transmit the reset voltage level to the sensing node, and then the reset transistor is turned off. After a predetermined time, the select transistor is turned on to sample the reset voltage level. The current path between the power supply voltage terminal and the ground power supply terminal is cut off to reduce unnecessary current consumption, thereby reducing power loss.
[0032]
In addition, according to the present invention, since power loss in the unit pixel is reduced, stable power supply can be performed to the unit pixel located in the central portion of the pixel array, so that the overall image quality of the image sensor can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of an image sensor to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a block diagram showing unit pixels of an image sensor to which the present invention is applied.
FIG. 3 is a timing diagram of a conventional control signal for controlling the unit pixel of FIG. 2;
FIG. 4 is a schematic diagram showing one embodiment of a pixel array and power supply voltage supply line layout diagram of an image sensor.
FIG. 5 is a control signal timing diagram according to the present invention for controlling the unit pixel of FIG. 2;
[Explanation of symbols]
101, 102 photodiode
MT1, MTn transfer transistor
MR1, MRn Reset transistor
MD1, MDn Drive transistor
MS1, MSn Select transistor

Claims

In the image sensor, a light sensing means for receiving light from an object to generate a photocharge, an amplification means for amplifying and outputting an input signal, and the photocharge from the light sensing means as the input signal First switching means for transmitting to the amplifying means, second switching means for transmitting the reset voltage level from the power source to the light sensing means, and outputting the amplified signal and the reset voltage level as a unit pixel output signal In a method for driving a pixel array including a plurality of unit pixels made by a third switching means for:
A first step of controlling the first, second and third switching means to provide the reset voltage level to the light sensing means to fully deplete a depletion region of the light sensing means;
After the first predetermined time after the completion of the first step, a second step of turning off the second switching means while the first and third switching means maintain a turn-off state;
Within a second predetermined time after the completion of the second step, the third switching means is turned on while the first and second switching means maintain the turn-off state, and used as a unit pixel output signal. And a third step of outputting the reset voltage level.

2. The pixel array driving method according to claim 1, further comprising a fourth step of sampling the reset voltage level at the same time when the third switching means is turned on in the third step.

The third step includes
A fifth step of turning on the second switching means while the first and third switching means maintain the turn-off state;
A sixth step of turning on the first switching means to turn on the first switching means for a third predetermined time to completely deplete the depletion region of the light sensing means;
2. The pixel array driving method according to claim 1, further comprising a seventh step of turning off the first switching means.

After the fourth predetermined time after the completion of the third step, the first switching means is turned on while the second switching means is in the turn-off state and the third switching means maintains the turn-on state. 4. The pixel array driving according to claim 1, further comprising a fourth step of outputting the amplified signal corresponding to the photocharge from the light sensing means as a unit pixel output signal. 5. Method.

5. The pixel array driving method according to claim 4, further comprising the step of sampling the amplified signal after a predetermined time from the turn-off state of the first switching means.

The first, second and third switching means and the amplification means are:
5. The pixel array driving method according to claim 4, wherein the pixel array driving method is an NMOS transistor.

The light sensing means is
The pixel array driving method according to claim 6, wherein the pixel array is a photodiode.

In an image sensor for converting an image into an electrical signal,
Light sensing means for receiving light from an object to generate photocharges, amplification means for amplifying an input signal and outputting the amplified signal and a reset voltage level, the input in response to a first control signal A first switching means for transmitting the photoelectric charge from the light sensing means to the amplification means as a signal, and a reset voltage level from a power source in response to a second control signal is transmitted to the light sensing means and the amplification means. Second switching means for including a plurality of unit pixels configured by third switching means for outputting the amplified signal and the reset voltage level as a unit pixel output signal in response to a third control signal, A pixel array that outputs an amplified signal corresponding to photocharge and a reset voltage level as the unit pixel output signal;
The second switching means is turned off in response to the second control signal while the first switching means is in a turn-off state, and the third switching means is within a predetermined time after the turn-off state of the second switching means. The first and second control modes include a first unit pixel output control mode that is turned on in response to the third control signal and outputs the reset voltage level through the amplification unit and the third switching unit as a unit pixel output signal. An image sensor comprising control means for generating second and third control signals to control the pixel array.

The apparatus further comprises a conversion means for converting the unit pixel output signal that samples the reset voltage level into a digital signal when the third switching means is turned on in the first unit pixel output mode. 8. The image sensor according to 8.

The control mode includes a reset control mode. In response to the second control signal in the reset control mode, the second switching means is turned on while the first switching means and the second switching means are in a turn-off state. In response to the first control signal, the first switching means is turned on to maintain a turn-on state for a second predetermined time, and the first switching means is turned off to deplete the light sensing means. 9. The image sensor according to claim 8, wherein the image sensor is completely depleted.

The control mode includes a second unit pixel output mode. In the second unit pixel output mode, the second switching unit is turned off in response to the first control signal, and the third switching unit is turned on. 11. The amplified signal corresponding to the photocharge from the photo-sensing means is output as a unit pixel output signal by turning the first switching means on and off while in a state. The image sensor according to any one of the above.

The third switching means is turned on in the second unit pixel output mode, and further includes conversion means for sampling the amplified signal and converting the unit pixel output signal into a digital signal. The image sensor according to claim 11.

The first, second and third switching means and the amplifying means are:
The image sensor according to claim 12, wherein the image sensor is an NMOS transistor.

The light sensing means is
The image sensor according to claim 13, wherein the image sensor is a photodiode.